四川省泸县玉蟾山地区地下热矿水深循环模式浅析

韦玉婷，罗 敏，袁 伟，张 恒

（四川省地质工程勘察院，成都610072）

0 引言

泸县位于四川省南部，北邻隆昌、荣昌，东毗合江、永川，西临富顺，南接龙马潭区。县内旅游资源丰富，如龙脑桥、玉蟾山风景区等历史久远，风景秀丽。近年来随着泸县旅游经济的大力发展，其地热资源开发也同样受到了关注。2012年底泸县地区成功实施了一口热矿水井，井深1 918m，热储层为二叠系茅口组地层，且泸县周边未见该地层出露地表。研究分析该层热矿水深循环模式可为川南地区地下深层热矿水的合理开发提供参考。

1 地质背景概述

1.1 地貌

四川省泸县位于四川盆地南部的长江和沱江汇合处以北，境内地势由东北向西南缓倾，绝大部分属丘陵地带，海拔高度218m至757.5m。其地貌类型包括沿河阶地、浅丘宽谷、中丘窄谷、低山深谷等。

1.2 构造条件

在大地构造上位于为扬子准地台四川台坳川东陷褶束泸州穹褶束南段北部（图1）。该穹褶束位于纳溪东西向隐伏断裂以北，重庆北碚以南，北东向华蓥山断裂以东。区内地表构造以北东向为主，由长条形高陡背斜与平缓开阔的向斜相间排列，形成“格挡式”褶皱，断层多与褶皱伴生，位于背斜轴部或近轴部。

泸县境内构造主要为古佛山背斜、黄泥坡断层和堆金湾断层。

（1）古佛山背斜 其轴向 N30°—45°E，轴迹微向北西弯突，北西翼地层缺失不全，倾角陡，一般为12°～35°，局部陡达80°，甚至倒转；南东翼倾角缓，一般为10°～25°。

图1 大地构造位置图

（2）黄泥坡断层 位于古佛山背斜北西翼，走向N40°E，在白云寺北微向南凸，倾向北西，倾角57°左右。上、下盘均伴有牵引褶曲，为逆冲断层。

（3）堆金湾断层 位于古佛山背斜北西翼近轴部，总体走向N40°E，在平面上微呈“S”形弯曲，局部地段转弯较剧。断面倾向NW，倾角50°～75°，为一走滑逆冲断层。

1.3 地层岩性

调查区地层分区属扬子地层区四川盆地分区泸州小区。根据地面调查和区域地质资料，区内出露地层主要有二叠系上统茅口组—侏罗系中统上沙溪庙组，其中缺失三叠系中统雷口坡组。

2 泸县地区水文地质条件

泸县地区地下水主要有4种类型：红层砂泥岩风化带孔隙裂隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、三叠系嘉陵江组碳酸盐岩裂隙溶洞水和二叠系茅口组碳酸盐岩裂隙溶洞水。前两者出露于地表，后两者深埋于区内。

2.1 红层砂泥岩风化带孔隙裂隙水

该类地下水在调查区广泛分布于古佛山背斜两翼，岩性以侏罗系（J）泥岩为主，夹砂岩的碎屑岩组成，砂岩分布极不稳定。该含水层富水性差异较大，在调查区其单孔出水量小于100m3／d，一般井泉流量小于0.5L／s。矿化度小于0.6g／L，水化学类型为 HCO3—Ca、HCO3—Na·Ca、HCO3—Ca·Mg。其发育深度一般为20～50m，向深部风化裂隙渐行消失，泥岩则成为隔水层。该类地下水动态变化与气象因素密切相关，其风化带孔隙裂隙水受降水的影响，水位和流量变幅较大且地下水径流途径较短，含水层相对不稳定。

2.2 碎屑岩类孔隙裂隙水

主要分布于古佛山背斜核部，岩性为三叠系（T3xj）砂、页岩与煤系地层，两者间隔成层。该层地下水单孔涌水量一般为100～1 000m3／d，水质为HCO3—Ca型水，矿化度0.1～0.3g／L。主要受降水补给，在露头区接受补给后经短距离径流在当地侵蚀基准面排泄地表，部分沿断裂构造向深部运移，具有就近补给就近排泄的特点。

2.3 三叠系嘉陵江组碳酸盐岩裂隙溶洞水

该类地下水广泛分布于区内，顶板埋藏于地下450～752m以下地层中，部分地区埋深达1 000m，含水岩组为三叠系嘉陵江组灰岩、白云质灰岩、白云岩夹页岩、盐溶角砾岩、石膏。出水量可达107.43～1 000m3／d，井口水温27.5～29℃，抽出水为油、气、水混合物（油较少），水呈浅黄色，具有 H2S气味，水质类型为Cl·SO4—Na型和Cl—Na型。

2.4 二叠系茅口组碳酸盐岩裂隙溶洞水

广泛分布于区内，含水岩组为二叠系茅口组灰岩，据收集资料，该层含水岩组埋深1 741～2 000m，层厚168m左右，水量300～800m3／d，井口温度40～53℃，水质微浑浊，含有多种对人体有益的微量元素，为Cl—Na型水。该类地下水也是泸县地区热矿水层。

3 热矿水赋存条件分析

3.1 热源

调查区内无现代岩浆活动，与熔融热源无关，其地热类型属地压地热型，地热温度随深度增加而增加，在常温带以下按一定梯度升高。据资料，泸县地区地温梯度约为2.0～2.2℃／100m。

3.2 热储

根据钻孔揭露，区内热储层主要有两层，分别为二叠系吴家坪组（P2w）泥晶灰岩、页岩和二叠系茅口组（P1m）灰岩层，两者均属于古风化壳的溶蚀孔洞、裂缝—洞穴型储集层。

二叠系吴家坪组（P2w）泥晶灰岩、页岩层埋深1 505～1 600m，溶蚀孔洞发育，钻探过程中多次遇到气层和井漏，这些现象均表明了该地层易为水溶蚀，具有高孔隙率和渗透率。但是由于该热储层气层较为发育，井内气压较大，不利于后期热矿水开发和安全管理，未将本层作为泸县玉蟾山热矿水井开采层位。

图2 四川盆地地温梯度等值线图

二叠系茅口组（P1m）灰岩地层埋深1 741m以下，钻探中多处发生漏失，且该层气体经自然逸散后气压减小至不影响后续操作，这种情况说明了该热储层易为水溶蚀，形成岩溶通道，利于地下热矿水的运移和富集储存，是富水性较大的地层，会在深部地热增温作用下与围岩相互交融汇集而形成热矿水，因此该层是玉蟾山热矿水可有效开发利用的主要热储层。

3.3 盖层

县内上覆三叠系铜街子组（T1t）、三叠系飞仙关组（T1f）和二叠系龙潭组（P2l）地层，总厚度近800m，为泥岩、页岩，泥质含量较重，为相对隔水层，共同构成了一个厚大的隔水隔热盖层。

4 热矿水深循环模式分析

泸县及其周边均未见热储层（二叠系茅口组）出露地表，经分析，其热矿水循环补给模式主要有2种，分别为华蓥山、中梁山褶皱构造裂隙纵向补给和南部及东南部川南山地横向补给。

4.1 华蓥山、中梁山褶皱构造裂隙纵向补给

泸县处于华蓥山褶皱构造带和中梁山褶皱构造带之间，喜山期褶皱带大量发育，当脆性的灰岩受到侧向挤压力时产生大量与层面垂直和斜交的构造裂缝，并形成低压应力环境，具有高势的地下水就会进入灰岩中，并沿新产生的构造裂缝流动，溶解缝壁而形成沿构造裂缝发育的溶蚀孔洞。二叠系茅口组灰岩埋藏较浅的地区，地表水沿构造裂隙向下运移，对古侵蚀面以下的碳酸岩盐层淋滤时，可形成各种溶蚀空隙，在原有孔隙和裂隙的基础上进一步溶蚀扩大，形成蜂窝状的溶蚀孔洞和溶蚀裂隙。

川东华蓥、邻水、大竹等地区三叠系嘉陵江组地层和飞仙关组地层出露于地表，二叠系茅口组地层埋藏较浅，且断裂、褶皱十分发育，易于受到地表水补给，而热矿水井钻探处二叠系茅口组地层埋藏较深（1 741m以下），受到压力、断裂与褶皱发育方向、地层走向的影响，地下水顺着北东向发育的褶皱带，沿溶蚀孔洞、裂隙向深部运移，并被人工开采出热矿水。

4.2 东南部川南山地横向补给

泸县南部及东南部的川南山地区，如屏山县城南部五角堡—楼东背斜核部，珙县—兴文复式背斜的翼部，以及云南盐津—四川筠连的东西向构造的米滩子背斜的翼部等地，二叠系下统茅口、栖霞灰岩（P1m＋q）均大面积出露，出露区森林植被茂盛，十分有利于大气降水及地表水体的入渗补给。入渗的水体沿着岩溶通道以及断裂破碎带，层面裂隙等向地下深处下渗形成地下水。地下水大部分在当地侵蚀基准面附近大泉暗河向沟谷及低洼处排洩，另一部分则继续沿岩溶通道、裂隙、断裂带、层面裂隙等向地下深部运移参与地下水深循环。由于埋深大径流速度缓慢，易溶解岩石圈中多种物质成分，加之灰岩热导率较高，岩溶裂隙发育，存在地下水对流传导作用，使岩溶水水温增高，于是形成了即有一定温度，又有相当压力，水量丰富含有多种有益元素的地下热矿水，并在地下深部储存、运移。

5 氚同位素分析

地下水年龄是指研究水体自补给以来在地下所滞留的时间。氚的半衰期为12.43a，适于研究浅层年龄较小的地下水。

氚是氢的一种宇宙射线成因的放射性同位素。它是在大气层上部10～20km的高空由于宇宙射线快中子轰击稳定的14N原子发生核反应而产生的。

氚原子生成后，很快就同大气中的氧原子化合而生成HTO水分子。然后HTO与大气水混合并随之而一起降落到地表，继而随普通水分子一起渗入地下，成为地下水的组成部分。氚在水中的浓度在不断减低，特别是当氚进入地下以后，其浓度随地下水埋藏时间的增加而减少。根据地下水中氚含量的这一特征，可以用氚来估算其地下水年龄。

表1 建立在氚含量基础上的地下水近似年龄

根据表1氚（T）测试结果，2组热泉氚值＜2.00TU。研究区属于大陆地区，属于次现代和最近补给的混合水。这从另一个侧面反应了该地区地下水属于远距离深循环补给、径流。

6 结语

如上所述，泸县地区地下热矿水具有2种深循环模式：（1）纵向深循环，大气降水和地表水在华蓥山、中梁山褶皱构造带通过浅表构造裂隙补给浅埋藏的二叠系茅口组地层，从而在地层压力下茅口组地层内的地下水由浅埋藏区径流至深埋藏区，进而在泸县被钻孔揭露。（2）横向深循环，在川南山区含水层出露区接受大气降水及地表水体入渗补给，通过远距离的沿岩溶裂隙、断裂带、层间裂隙径流，经深循环补给泸县地区热储层。